(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲にビーディング部を有する有底円筒状の電池缶の開口が内方にかしめられて、当該開口に略円盤状の封口体がガスケットを介して嵌着されている円筒形電池であって、
前記ガスケットは、ロックウェル硬度が１１５以上、１２２以下であり、
前記電池缶の円筒軸に直交する方向を水平方向として、前記封口体が嵌着されている部位での前記電池缶内方の水平断面積をＡ１とし、前記ビーディング部によって前記電池缶が最も内方に突出した位置における当該電池缶内方の水平断面積をＡ２としたときに、
（Ａ１−Ａ２）／Ａ１
で表される面積比が１０％以上、１７％未満である、
ことを特徴とした円筒形電池。
【請求項２】
請求項１において、前記ガスケットは、ポリフェニレンサルファイドを主成分とした素材で形成されていることを特徴とする円筒形電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒形電池に関し、具体的には、周囲にビーディング部を有する有底円筒状の電池缶の開口が内方にかしめられて、当該開口に略円盤状の封口体がガスケットを介して嵌着されている円筒形電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の円筒形電池の一例としてボビン形リチウム電池を挙げる。図１に当該ボビン形リチウム電池の構造を示した。当該図は、円筒軸５０の延長方向を上下（縦）方向としたときの円筒形電池１の縦断面を示している。円筒形電池１は、有底円筒状の電池缶１０、二酸化マンガン等の正極活物質を黒鉛等の導電助剤とともに中空円筒状に成形してなる正極合剤２１、円筒状の金属リチウムやリチウム合金からなる負極リチウム２２、円筒カップ状のセパレーター２３、ガスケット４０、封口体３０などによって構成されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
電池缶１０は、金属製で、電池ケースと正極集電体を兼ねている。その外底面には凸状の正極端子部１２がプレス加工により形成され、開口部近傍の周囲には絞り加工によるビーディング部１１が形成されている。円筒形電池１は、この電池缶１０内に、正極合剤２１、セパレーター２３、および負極リチウム２２が電解液とともに収納されているとともに、電池缶１０の開口端側に略円盤状の封口体３０がガスケット４０を介して嵌着されたものである。
【０００４】
封口体３０は、負極端子板３１と封口板３２とから構成されており、負極端子板３１は金属製で、電池缶１０の開口を上方とすると、上方を底とした皿状で、皿の縁には、フランジが形成されている。封口板３２は、金属製の円板で、負極端子板３１の下方に積層される。また、ガスケット４０は、樹脂製で、図２に示したように、電池缶１０内に組み込まれる前の形状は、上方を開口４１とした円形カップ状で、円形の底部４２の周縁に上方に立設しながら周回する扁平筒状の側壁４４が一体的に形成されている。
【０００５】
図１に示した円筒形電池１の組み立て手順としては、まず、電池缶１０内に、発電要素である、正極合剤２１、セパレーター２３、および負極リチウム２２を順次装填する。負極リチウム２２は、板状の金属リチウムやリチウム合金を丸めたものであって、あらかじめ、その一部に帯状の金属薄板で形成された負極集電体を兼ねる負極リード３３の一端部３３ａが取り付けられている。
【０００６】
次に、電池缶１０の内方に環状に突出するビーディング部１１を座として、ガスケット４０を電池缶１０の開口端側に装着する。ガスケット４０の底部４２は、中央に開口４３を有して、この開口４３に上述した負極リード３３を挿通させつつ、当該負極リード３３の他端部３３ｂを封口板３２の下面に溶接する。そして、封口体３０をカップ状のガスケット４０内に圧入し、ガスケット４０の底部４２の上面４２ｉに封口体３０を積層させ、この状態で電池缶１０の開口端を内方にかしめ加工（カール絞り加工）する。それによって、封口体３０がガスケット４０を介して電池缶１０の開口端側に嵌着され、電池缶１０の内部が密閉される。
【０００７】
図３は、図１における円１００内の拡大図であり、封口体３０が電池缶１０に嵌着されている状態を示している。図３に示したように、ガスケット４０の側壁４４は、封口体３０の周縁と電池缶１０の内面との間に挟持され、さらに、その側壁４４の上端部４５が、電池缶１０開口が内方に屈曲する形状に沿って屈曲し、封口体３０の周縁が、この側壁４４の屈曲部位とガスケット４０の底部４２の周縁とによって上下方向から挟持されている。
【０００８】
ところで、ガスケット４０は、電池缶１０の内面と封口体３０の周縁とによって挟持されることで弾性変形し、電池缶１０を密閉する。そのため、ガスケット４０には適度な柔らかさ（硬度）が必要となる。そして、以下の特許文献２には、ガスケットのロックウェル硬度を１００以上とした筒形電池について記載されている。具体的には、実施例として、ロックウェル硬度が１０５のガスケットを用いた筒形電池について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２７３９１１号公報
【特許文献２】特開平１−２０９６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した円筒形電池では、ビーディング部を座にして電池缶内に装着されたカップ状のガスケットの内側に封口体を圧入している。そして、電池缶を内方にかしめて封口体をガスケットとともに電池缶開口に嵌着している。そのため、ビーディング部の深さ、すなわち、ビーディング部によって電池缶内方に突出する高さが高いほど、ガスケットが安定して載置され、封口性能が向上する。
【００１１】
しかしながら、電池缶内では、ビーディング部の下方が発電要素の収納空間となるので、ビーディング部を電池缶内方に大きく突出させるように形成すると、電池缶外方から見て、ビーディング部の上下方向の溝の幅が広くなり、結果的に、発電要素を収納する空間の高さ方向のサイズが減少し、発電要素の充填量が減少する。とくに、電解液は、かしめ加工に際して電池缶外に飛散する可能性もあることから、その充填量を少なくせざるを得ない。そのため、電池の放電性能が低下する。一方、ビーディング部の深さを浅くすると、かしめ加工時にガスケットがビーディング部から脱落して電池缶の下方に落ち込むなどして封口不良が発生する可能性がある。
【００１２】
したがって、本発明は、封口性能を維持しつつ放電性能に優れた円筒形電池を提供することを目的としている。なお、その他の目的については以下の記載で明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明者は、ガスケットの物性とビーディング部の深さとの関係に着目して鋭意研究を重ね、その結果、ガスケットの硬度とビーディング部の深さとの間に最適数値範囲が存在することを知見した。本発明は、その知見に基づきなされたものである。
【００１４】
そして本発明は、周囲にビーディング部を有する有底円筒状の電池缶の開口が内方にかしめられて、当該開口に略円盤状の封口体がガスケットを介して嵌着されている円筒形電池であって、
前記ガスケットは、ロックウェル硬度が１１５以上、１２２以下であり、
前記電池缶の円筒軸に直交する方向を水平方向として、前記封口体が嵌着されている部位での前記電池缶内方の水平断面積をＡ１とし、前記ビーディング部によって前記電池缶が最も内方に突出した位置における当該電池缶内方の水平断面積をＡ２としたときに、
（Ａ１−Ａ２）／Ａ１
で表される面積比が１０％以上、１７％未満である、
ことを特徴とした円筒形電池としている。より好ましくは、前記ガスケットが、ポリフェニレンサルファイドを主成分とした素材で形成されていることである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る円筒形電池によれば、封口性能を維持しつつ放電性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】円筒形電池の一例であるボビン形リチウム電池の構造を示す図である。
【図２】上記円筒形電池に採用されているガスケットの構造を示す図である。
【図３】上記円筒形電池における封口状態を示す拡大図である。
【図４】上記円筒形電池を構成する電池缶に形成されたビーディング部に関わる物理的なパラメーターを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＝＝＝円筒形電池＝＝＝
本発明の実施例に係る円筒形電池としてボビン形リチウム電池を挙げる。当該実施例のボビン形リチウム電池の基本的な構造は、図１に示したものと同じである。しかし、本実施例に係るボビン形リチウム電池１は、ガスケット４０の物性に関わるパラメーターと、電池缶１０のビーディング部１１に関わる物理的なパラメーターとが最適化されて、十分な封口強度を維持しつつ優れた放電性能を備えている。
【００１８】
なお、上述したガスケット４０の物性に関わるパラメーターは、ガスケット４０を構成する樹脂のロックウェル硬度であり、また、ビーディング部１１に関わる物理的なパラメーターについては、図４に具体的に示した。図４（Ａ）は、図１における点線矩形領域１０１内を拡大した縦断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるａ−ａ矢視断面図である。（Ｂ）に示したように、ビーディング部１１の形成位置よりも下方から電池缶１０の開口方向を見ると、封口体３０が嵌着されている位置において電池缶１０の内面が縁取る円（以下、外円）１０ｏと、ビーディング部１１によって電池缶１０が最も内方に突出している位置において、その電池缶１０内面が縁取る円（以下、内円）１０ｉとによって、円環状の領域（図中、網点部分）１０ｒが形成される。そして、この円環状の領域１０ｒの面積と外円１０ｏの面積との比を上記ビーディング部１１における物理的なパラメーターとしている。以下に、上記物理的なパラメーター（以下、面積比Ａｒ）の定義と計算手順とを示す。
【００１９】
上記円環状の領域１０ｒにおける外円１０ｏの面積をＡ１、内円１０ｉの面積をＡ２とすると、当該円環状の領域１０ｒの面積は、Ａ１−Ａ２であり、上記面積比Ａｒを、
Ａｒ＝（Ａ１−Ａ２）／Ａ１・・・（式１）
と規定する。
【００２０】
そして、外円１０ｏの直径を２ｒ（半径ｒ）、上記円環状領域１０ｒの幅、すなわちビーディング部１１によって電池缶１０内方に突出する高さをｈとすると、
Ａ１＝πｒ２・・・（式２）
Ａ２＝π（ｒ−ｈ）２・・・（式３）
であるから、上記面積比Ａｒは、（式２）と（式３）を（式１）に代入して
Ａｒ＝ｈ（２ｒ−ｈ）／ｒ２・・・（式４）
となる。
【００２１】
＝＝＝放電性能試験・封口性能試験＝＝＝
本発明の実施例に係る円筒形電池１の性能を評価するために、ロックウェル硬度が異なる様々なガスケット４０と、上記Ａｒの値が異なる様々な電池缶１０とを用い、外形が、直径φ＝１７ｍｍ、高さｈ＝４５ｍｍとなるＣＲ８型ボビン形リチウム電池をサンプルとして作成し、各サンプルについて、放電性能試験と封口性能試験とを行った。なお、ロックウェル硬度はＲスケールでのロックウェル硬度（以下、硬度Ｈｒ）とした。
【００２２】
放電性能試験は、同じ製造条件のサンプルをそれぞれ５個用意し、各サンプルに対して５１０Ωの負荷で終止電圧２．０Ｖに至るまで連続放電させるまでの放電時間を計測することで行い、５個のサンプルの平均放電時間によって放電性能を評価した。
【００２３】
また、封口性能試験は、同じ製造条件のサンプルをそれぞれ２０個用意し、８０℃の温度下で８０日間保存したときに、漏液の有無を目視によって確認することで行った。そして、同じ製造条件の２０個のサンプルの内、一個も漏液が発生しなければ、その製造条件のサンプルを合格とし、一個でも漏液が発生すれば不合格とした。
【００２４】
以下の表１に各サンプルについて、製造条件と性能評価試験の結果とを示した。
【表１】
0005715907.tif 000002
【００２５】
まず、サンプルｓ１は、本発明の従来例であり、市販されているＣＲ８型ボビン形リチウム電池と同等の製造条件で作製した円筒形電池である。当該従来例のサンプルｓ１では、硬度Ｈｒ＝１１０のポリプロピレン（ＰＰ）製のガスケット４０を用い、ビーディング部１１の面積比Ａｒを１７％としている。この従来例のサンプルｓ１の放電時間は５１０ｈで、封口性能試験においては、高い信頼性を要する市販品であるので、当然のことながら、２０個中一つも漏液が発生しなかった。
【００２６】
サンプルｓ２は、サンプルｓ１と同様の硬度Ｈｒ＝１１０のＰＰ製ガスケット４０を用いつつ、放電性能の向上を試みるために作製されたものであり、ビーディング部１１の深さをサンプルｓ１の電池缶１０よりも浅くし、面積比Ａｒ＝１５％とした。しかし、２０個中４個に漏液が発生した。すなわち、従来と同等の硬度Ｈｒ＝１１０のガスケット４０では、封口性能を維持しつつ放電性能を向上させることが難しい、ということが確認できた。
【００２７】
サンプルｓ３〜ｓ９は、従来例のサンプルｓ１よりも硬いガスケット４０を用いつつ、ビーディング部１１の面積比Ａｒを減少させたサンプルであり、これらのサンプルｓ３〜ｓ９に対する放電性能試験と封口性能試験とを通じて封口性能を維持しつつ放電性能の向上が可能な条件を求めた。なお、サンプルｓ３〜ｓ９は、ガスケット４０の素材として、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を主成分とした樹脂を用いている。ＰＰＳは、周知のごとく、エラストマーなどの軟質ポリマーと混合してポリマーアロイとすることができ、ＰＰＳに添加するエラストマーの種類や量により、硬度Ｈｒを自由に調整することができる。
【００２８】
もちろん、ガスケット４０の素材をＰＰなど他の樹脂としてもよいが、ＰＰは、ポリマーアロイのように硬度Ｈｒを容易に調整することができないため、硬度Ｈｒを調整するために複雑な製造工程を要する。そのため、硬度Ｈｒが異なる樹脂材料の調達に時間が掛かる。そこで、従来とは異なる硬度Ｈｒのガスケット４０が必要となるサンプルｓ３〜ｓ９では、ガスケット４０の素材として、樹脂材料メーカーなどからの原料調達が容易なＰＰＳを主成分としたポリマーアロイを採用した。
【００２９】
まず、サンプルｓ３〜ｓ５では、サンプルｓ２において漏液が発生した面積比Ａｒ＝１５％を採用しつつ、ガスケット４０の硬度Ｈｒが従来例ｓ１よりも大きくなっている。そして、サンプルｓ４、ｓ５より、硬度Ｈｒを１１５以上とすると、面積比Ａｒ＝１５％でも漏液が発生せず、十分な封口性能が得られることが分かった。放電性能は、面積比Ａｒを減少させることにより従来例ｓ１よりも多くの発電要素、とくに電解液を電池缶１０内に充填できようになったため、従来例ｓ１の５１０ｈから５２３ｈに向上した。
【００３０】
次に、さらなる放電性能の向上を試みるため、サンプルｓ６、およびサンプルｓ７では、硬度Ｈｒを上記サンプルｓ３〜ｓ５から得た最小値Ｈｒ＝１１５としつつ、面積比Ａｒを１０％、および８％とした。その結果、サンプルｓ６では、放電性能が、従来例１ｃの５１０ｈに対し５２８ｈにまで向上し、漏液も発生しなかった。しかし、面積比Ａｒ＝８％としたサンプルｓ７では、２０個中２個に漏液が発生した。
【００３１】
以上、サンプルｓ３〜ｓ７における放電性能試験と封口性能試験の結果より、まず、ガスケット４０の硬度Ｈｒを１１５以上とすることで、ビーディング部１１の面積比Ａｒを従来例ｓ１の面積比Ａｒ＝１７％よりも減少させて放電性能の向上が可能であることが分かった。そして、封口性能を維持しつつ、放電性能を従来の円筒形電池に対して向上させるためには、まず、硬度ＨｒをＨｒ≧１１５とした上で、面積比Ａｒを１０％≦Ａｒ＜１７％とすればよいことが分かった。
【００３２】
表１におけるサンプルｓ８とｓ９は、サンプルｓ３〜ｓ７によって求められた硬度Ｈｒの下限１１５に対し、その硬度Ｈｒに上限が存在するか否かを確認するためのサンプルである。サンプルｓ８は、硬度Ｈｒ＝１２２で、サンプルｓ９は、硬度Ｈｒ＝１２３である。また、面積比Ａｒは、ともに下限値の１０％としている。そして、サンプルｓ８では漏液が発生せず、サンプルｓ９では漏液が発生した。目視検査によれば、サンプルｓ９では、本来は円形である封口体３０の平面形状が楕円形状に歪んでいるものが散見され、最終的に封口性能試験において、２０個中３個に漏液が発生した。このサンプルｓ９に対する封口性能試験の結果から、ガスケット４０は、硬度Ｈｒ＝１２３では硬すぎることが分かった。すなわち、ガスケット４０が硬すぎるため、かしめ加工に際して電池缶１０の円周方向に均一な圧力を安定して加えることが困難であることが確認できた。したがって、封口性能を維持しつつ放電性能に優れた円筒形電池１を達成するためには、ガスケット４０の硬度Ｈｒを、１１５≦Ｈｒ≦１２２とし、かつビーディング部１１の面積比Ａｒを１０％≦Ａｒ＜１７％とすればよいことが分かった。また、面積比Ａｒは、実際の測定値が存在する１０％≦Ａｒ≦１５％とすれば、より好ましい。
【００３３】
なお、封口性能を維持しつつ放電性能を向上させるためのガスケット４０のロックウェル硬度Ｈｒ、およびビーディング部１１に関わる面積比Ａｒの数値範囲は、ボビン形リチウム電池に限らず、周囲にビーディング部を有する有底円筒状の電池缶の開口が内方にかしめられて、その開口に略円盤状の封口体がガスケットを介して嵌着されているタイプの円筒形電池であれば適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明はボビン形リチウム電池などに利用可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１  円筒形電池（ボビン形リチウム電池）、１０  電池缶、１１  ビーディング部、
１２  正極端子部、２１  正極合剤、２２  負極リチウム、２３  セパレーター、
３０  封口体、３１  負極端子板、３２  封口板、３３  負極リード、
４０  ガスケット、４２  ガスケット底部、４４  ガスケット側壁、
【図１】
0005715907.tif 000003
【図２】
0005715907.tif 000004
【図３】
0005715907.tif 000005
【図４】
0005715907.tif 000006